DE60305796T2 - Method and device for determining the local compaction of granular material - Google Patents

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Abstract

An evaluation method in which a capacitive sensor (5) is placed in a region of a container (3), into which a granular material (2) is fed so as to contact the sensor (5), and the variation in the impedance of the sensor (5) caused by feeding in the material (2) is evaluated. The method is particularly useful for evaluating the compactness of sand in a formwork for making metal castings. The evaluation system includes a sensor (5) defined by plates (9, 10) sensitive to the variation in the dielectric; and a conditioning and control circuit (6) for indicating the variation in the capacitance of the plates (9, 10), or more generally the total impedance of the system (1), when the granular material (2) is fed into the container (3). In one embodiment, the plates (9, 10) of the sensor (5) are defined by two combs made of conducting material, having two numbers of interlacing segments (12, 13), and located on a rigid or flexible support (16). <IMAGE>

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zum Bewerten der lokalen Kompaktheit eines körnigen Materials.The The present invention relates to a method and a system for Evaluate the local compactness of a granular material.

Sandgießen ist eines der Verfahren, die bei Gießereiarbeiten am häufigsten angewandt werden, und ist über die Jahre entwickelt worden, so daß nun zahlreiche erheblich unterschiedliche Möglichkeiten existieren, Formen zum Gießen von hochkomplexen Teilen mit guter Maßgenauigkeit zu erhalten. Eines der fortschrittlichsten Verfahren ist dabei das als "Lost-Foam-Gießen" bekannte Verfahren.Sand casting is one of the most common processes in foundry work be applied, and is over the years have been developed, so that now many significant different possibilities exist Molds for casting to obtain highly complex parts with good dimensional accuracy. One of the the most advanced process is the process known as "lost-foam casting".

Der gemeinsame Nenner sämtlicher Sandgießverfahren ist die Verwendung von Sand als einem formbaren Material zum Stützen des Metalls, wobei er ein "Negativ" des gewünschten Gußstücks bildet. Insbesondere im Fall von komplexen Formen ist es jedoch schwierig, sicherzustellen, daß sämtliche Zwischenräume in dem Modell (die schließlich die Aussparungen an der Unterseite oder Hohlräume in dem Fertigteil bilden) mit einem ausreichenden Kompaktheitsgrad mit Sand gefüllt sind. Außerdem werden dem Sand beim Lost-Foam-Gießen keine Polymer-Bindemittel zugegeben, so daß die Form hauptsächlich von der Kompaktheit des Sandes selbst abhängt.Of the common denominator of all Sand casting is the use of sand as a malleable material to support the Metal, being a "negative" of the desired Casting forms. However, especially in the case of complex shapes, it is difficult to ensure that all interspaces in the model (which finally the Form recesses at the bottom or cavities in the finished part) filled with sufficient compactness with sand. In addition, will the sand during Lost-Foam-casting no polymer binder added, so that the mold is mainly of the compactness of the sand itself depends.

Um sicherzustellen, daß die Hohlräume vollständig mit Sand gefüllt sind, werden auf das Modell und die den Sand enthaltende Schalungsform mechanische Schwingungen aufgebracht, so daß der Sand in sämtliche Hohlräume und Zwischenräume fließt; das vollständige Füllen der Schalenform muß von einem ausreichenden Verdichten des Sandes begleitet sein, wobei das Fehlen einer dieser Bedingungen die Güte beeinträchtigen und dazu führen kann, daß das fertige Gußstück verworfen wird.Around To ensure that the cavities Completely filled with sand are on the model and the formwork containing the sand Applied mechanical vibrations so that the sand in all cavities and spaces flow; the full To fill the shell shape must be of accompanied by sufficient compacting of the sand, wherein the absence of any of these conditions may affect and cause the quality that this discarded finished casting becomes.

Zur Zeit kann die Kompaktheit des Sandes im Inneren der Schalenform nur durch Charakterisieren und Steuern der Schwingungen der Schalenform bewertet wer den. Ein solches Verfahren, das indirekt ist, bietet jedoch noch immer keine Sicherheit vor einzelnen Gußfehlern, verursacht durch ungenügende lokale Kompaktheit oder Füllung; diese Ungewißheit kann insbesondere im Fall von ziemlich komplexen Formen zu einer großen Anzahl von Ausschußartikeln führen.to Time can be the compactness of the sand inside the shell shape evaluated only by characterizing and controlling the vibrations of the shell shape become. However, such a procedure, which is indirect, still offers always no security against individual casting defects, caused by insufficient local Compactness or filling; this uncertainty can especially in the case of fairly complex shapes to a large number of scrap articles to lead.

Die US-5 996 681 beschreibt ein System zum Steuern der Gießformgüte, bei dem die Formen unter Verwendung von Näherungssensoren gemessen werden, um Gußfehler zu verhindern, das jedoch keine Maßnahmen zur Bewertung der Kompaktheit von Sand vorsieht.The US-5 996 681 describes a system for controlling the mold quality the shapes are measured using proximity sensors, around casting defects However, no measures to assess the compactness of Sand provides.

Aus dem Dokument US-A-5 898 309 ist ein Verfahren zum Bestimmen der Schüttdichte von körnigem Kunststoffmaterial unter Verwendung eines kapazitiven Sensors bekannt.Out US-A-5 898 309 discloses a method for determining the bulk density of grainy Plastic material using a capacitive sensor known.

Aus dem Dokument US-A-5 900 736 ist ein die Kapazität nutzender Dichteanzeiger bekannt, um die Dichte von Belagmaterial zu bestimmen, während der Belag aufgebracht wird. Der Sensor kann in der Hand gehalten und über das Belagmaterial bewegt werden.Out US-A-5 900 736 is a density indicator utilizing capacitance known to determine the density of covering material during the Covering is applied. The sensor can be held in the hand and over the Covering material to be moved.

Aus dem Dokument DE-26 27 904 A sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bewerten der Feuchtigkeit von Pulvermaterial oder Formsand bekannt. Dabei tritt ein geringfügiger Teil des Materials durch einen Feuchtigkeitssensor und wird zwischen Elektroden des Sensors verdichtet.Out Document DE 26 27 904 A discloses a method and an apparatus for evaluating the moisture of powder material or foundry sand. There is a minor Part of the material through a moisture sensor and is placed between electrodes of the sensor.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Stands der Technik zu eliminieren, indem ein Verfahren und ein System zum Bewerten der Kompaktheit bereitgestellt werden, welche das lokale und direkte Bewerten der Kompaktheit des Formsandes, oder allgemeiner eines körnigen Materials im Inneren eines Behälters, ermöglichen und die äußerst zuverlässig und kostengünstig sind.It It is an object of the present invention to overcome the disadvantages of the prior art to eliminate technology by providing a method and a system for Assess the compactness provided by the local and directly assessing the compactness of the molding sand, or more generally a granular material inside a container, allow and the most reliable and economical are.

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und ein System gemäß Anspruch 9 angegeben. Sie sind dadurch gekennzeichnet, daß eine Schaltung die ohmschen und die induktiven Impedanzkomponenten des Sensors bewertet, um durch Erkennen sämtlicher Störeffekte oder unerwünschter Synergien verschiedener Phänomene eine zuverlässigere Bewertung der Kompaktheit von körnigem Material zu erhalten.According to the present Invention are a method according to claim 1 and a system according to claim 9 indicated. They are characterized in that a circuit ohmic and the inductive impedance components of the sensor are evaluated to by recognizing all Disturbing effects or undesirable Synergies of different phenomena a more reliable Evaluation of the compactness of granular To get material.

Beispielsweise kann eine Änderung der Feuchtigkeit des körnigen Materials eine Änderung seiner Dielektrizitätskonstanten bewirken, was jedoch durch Messen des spezifischen Widerstands eliminiert werden kann. Eine Kontaminierung des körnigen Materials (Kohlenstoffrückstände, Metallteilchen) kann ebenfalls Störsignale erzeugen, dem kann jedoch durch Messen und geeignete Korrelation der ohmschen und der induktiven Impedanzparameter begegnet werden.For example can be a change the moisture of the grainy Material a change of his permittivity effect, but eliminates this by measuring the resistivity can be. Contamination of the granular material (carbon residues, metal particles) may also be interfering signals However, this can be done by measuring and appropriate correlation the ohmic and the inductive impedance parameters are met.

Im Fall von Gießereiarbeiten ermöglicht der Sensor gemäß der Erfindung die Bewertung der lokalen Kompaktheit von Sand und die Abgabe eines proportionalen Analogsignals; das physikalische Prinzip, auf dem die Bewertung beruht, macht es möglich, den Sensor in verschiedenen Formen, Größen und Materialien (starr oder flexibel) herzustellen, um ihn an die kritischsten Steuerbereiche perfekt anzupassen.in the Case of foundry works allows the sensor according to the invention the assessment of the local compactness of sand and the delivery of a proportional analog signal; the physical principle on which the rating is based, it makes possible the Sensor in different shapes, sizes and materials (rigid or flexible) to bring it to the most critical tax areas perfectly adapt.

Die Verwendung des Sensors gemäß der Erfindung verbessert deshalb die Prozeßsteuerung zum Reduzieren der Anzahl von Ausschußartikeln durch eine Bewertung der Kompaktheit von Sand, so daß es möglich ist, eventuelle mangelhaft vorbereitete Schalenformen, Vorformen, Kerne oder dergleichen aus der Fertigungsstraße zu eliminieren, bevor zu nachfolgenden Fertigungsstufen weitergegangen wird.The use of the sensor according to the invention therefore improves the process control for reducing the number of scrap articles by evaluating the compactness of sand so that it is possible to eliminate any poorly prepared shell molds, preforms, cores or the like from the production line before proceeding to subsequent manufacturing stages.

Eine Reihe von bevorzugten, nicht einschränkenden Ausführungsformen der Erfindung wird beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben; diese zeigen in:A Series of preferred, non-limiting embodiments The invention will be described by way of example with reference to the accompanying drawings described; these show in:

1 ein System gemäß der Erfindung zum Bewerten der Kompaktheit eines körnigen Materials unter Verwendung eines kapazitiven Sensors; 1 a system according to the invention for evaluating the compactness of a granular material using a capacitive sensor;

2 ein erstes geometrisches Design der zwei oder mehr Platten, die den empfindlichen Teil des Sensors des System gemäß 1 bilden; 2 a first geometric design of the two or more plates, the sensitive part of the sensor of the system according to 1 form;

3 in vergrößertem Maßstab einen Teilschnitt eines Details in 2; 3 on a larger scale a partial section of a detail in 2 ;

4 und 5 zwei weitere geometrische Designs der empfindlichen Platten; 4 and 5 two more geometric designs of delicate plates;

6 ein weiteres geometrisches Design der empfindlichen Platten; 6 another geometric design of the delicate panels;

7 eine Vorderansicht der Sensorplatten gemäß 6. 7 a front view of the sensor plates according to 6 ,

In 1 bezeichnet 1 insgesamt ein System zum Bewerten der lokalen Kompaktheit eines körnigen Materials 2 im Inneren eines Behälters 3. Das Bewertungssystem 1 weist folgendes auf: einen kapazitiven Sensor 5 sowie eine Schaltung 6 zum Konditionieren und Steuern des Sensors 5, die ferner die Kompaktheit entsprechend dem von dem Sensor 5 empfangenen Signal bezeichnet, wie noch im einzelnen erläutert wird.In 1 designated 1 Overall, a system for assessing the local compactness of a granular material 2 inside a container 3 , The rating system 1 includes: a capacitive sensor 5 as well as a circuit 6 for conditioning and controlling the sensor 5 Further, the compactness according to that of the sensor 5 referred to as received signal, as will be explained in detail.

Zum Beispiel kann der Behälter 3 von einer Schalungsform gebildet sein, die ein Modell 7 enthält, wobei eine Form zum Gießen von Metallschmelze zu einem Teil, der dem Modell 7 entspricht, auf bekannte Weise aus Sand gebildet ist. Der Sensor 5 ist in einem Bereich angeordnet, in dem die Kompaktheit des Sandes zu bewerten ist – normalerweise einem kritischen Sandfüllbereich; und der Sand muß in unmittelbare Nähe zu dem Sensor 5 oder in Kontakt mit diesem gebracht werden.For example, the container 3 be formed by a formwork, which is a model 7 contains, with a mold for casting molten metal to a part of the model 7 corresponds, formed in known manner from sand. The sensor 5 is located in an area where the compactness of the sand is to be assessed - normally a critical sand filling area; and the sand must be in close proximity to the sensor 5 or be brought in contact with this.

Der Betrieb des Bewertungssystems 1 unter Verwendung des kapazitiven Sensors 5 beruht auf der Änderung der elektromagnetischen Eigenschaften (Dielektrizitätskonstante, spezifischer elektrischer Widerstand, magnetischer Widerstand oder Permeabilität) eines Materialvolumens, durch das hindurch ein elektromagnetisches Feld fließt. Die genannten elektromagnetischen Eigenschaften können deshalb in direkte Beziehung zu der Kompaktheit des Materials gesetzt werden, wie noch erläutert wird.The operation of the rating system 1 using the capacitive sensor 5 is based on the change in the electromagnetic properties (dielectric constant, resistivity, magnetic resistance or permeability) of a volume of material through which an electromagnetic field flows. The said electromagnetic properties can therefore be directly related to the compactness of the material, as will be explained.

Das elektromagnetische Feld wird von den zwei oder mehr Platten des Sensors 5 in einem Bereich in der Nähe derselben induziert. Damit der Sensor 5 für Änderungen der elektromagnetischen Eigenschaften in einem möglichst großen und zugänglichen Raum, im Gegensatz zu einfach dem Raum zwischen den Platten, empfindlich ist, sind die Konstruktion und die Gestalt der Platten derart, daß die Randeffekte betont werden, wie noch erläutert wird.The electromagnetic field is from the two or more plates of the sensor 5 in a region near the same induced. So that the sensor 5 is sensitive to changes in electromagnetic characteristics in as large an accessible space as possible, as opposed to simply the space between the plates, the construction and shape of the plates are such as to emphasize the edge effects, as will be explained.

Das von den Platten erzeugte elektromagnetische Feld deckt ein gegebenes Volumen ab, das dem Innenraum der Schalungsform oder Form entspricht, in der die Kompaktheit des Sandes zu bewerten ist. Eine Prüfung insbesondere der kapazitiven Impedanzkomponente des Sensors, die unter Verwendung verschiedener Gleichungen in Abhängigkeit von der Geometrie der Platten berechnet wird, zeigt, daß sie zu der Dielektrizitätskonstanten des Mediums, durch welches das Feld hindurchgeht, direkt proportional ist.The electromagnetic field generated by the plates covers a given Volume corresponding to the interior of the mold or mold, in which the compactness of the sand is to be evaluated. An exam in particular the capacitive impedance component of the sensor using different equations depending on calculated from the geometry of the plates, shows that they are too the dielectric constant of the medium through which the field passes, directly proportional is.

Eine Differenz bei der Kompaktheit des Sandes kann als Änderung des Prozentsatzes eines vom Sand eingenommenen Raumvolumens im Gegensatz zur Umgebungsluft beschrieben werden. Die Dielektrizitätskonstante des Luft-/Sandgemischs kann deshalb durch folgende Gleichung ausgedrückt werden: ε = ε0·{S·εrS + (1 – S)·εrA}, wobei S der vom Sand eingenommene Anteil des Volumens ist; εrS die Dielektriziätskonstante von Sand ist; εrA die Dielektrizitätskonstante von Luft (oder einer anderen luftartigen Prozeßsubstanz) ist; und ε0 die Dielektrizitätskonstante des Vakuums ist.A difference in the compactness of the sand can be described as a change in the percentage of a volume of space occupied by the sand as opposed to the ambient air. The dielectric constant of the air / sand mixture can therefore be expressed by the following equation: ε = ε 0 · {S · ε rS + (1 - S) · ε rA }, where S is the fraction of volume occupied by the sand; ε rS is the dielectric constant of sand; ε rA is the dielectric constant of air (or other air-like process substance); and ε 0 is the dielectric constant of the vacuum.

Da sich die Dielektrizitätskonstante von Sand, εrS, von derjenigen von Luft erheblich unterscheidet (bei einem Wassergehalt von 0,1 g/cm3 ist die Dielektrizitätskonstante von Sand ~ 6 F/m, im Gegensatz zu ~ 1 F/m für Luft), da der Volumenprozentsatz von Sand in bezug auf den von Luft zunimmt, zeigt der Wert der kapazitiven Impedanzkomponente des Sensors (der zu ε direkt proportional ist) das folgende Muster:

  • – eine deutliche anfängliche Änderung, verursacht durch die erste Füllung;
  • – eine weitere Änderung, verursacht durch ein Verdichten des Sandes, dessen Volumenprozentsatz sich in der Tat von 0 % auf über 70 % ändert.
Since the dielectric constant of sand, ε rS , differs considerably from that of air (at a water content of 0.1 g / cm 3 , the dielectric constant of sand is ~ 6 F / m, as opposed to ~ 1 F / m for air) As the volume percentage of sand increases relative to that of air, the value of the capacitive impedance component of the sensor (which is directly proportional to ε) shows the following pattern:
  • - a significant initial change caused by the first filling;
  • - another change caused by compacting the sand whose volume percentage actually changes from 0% to over 70%.

Die Messung des Kapazitätswerts kann deshalb beispielsweise als Funktion der Kompaktheit des Sandes normiert werden, um einen Parameter im Bereich von 0 % (Sensor in Luft) bis 100 % (Sensor 5 in vollständig verdichtetem Sand) zu erhalten, wobei sie kalibriert werden kann, um sie an Änderungen der Eigenschaften des körnigen Materials (normalerweise Sand) beispielsweise aufgrund von verschiedenen Zulieferern oder Änderungen der Umgebungsbedingungen anzupassen.The measurement of the capacitance value can therefore, for example, as a function of compactness of the sand can be normalized to a parameter in the range of 0% (sensor in air) to 100% (sensor 5 in fully compacted sand) and can be calibrated to suit changes in the properties of the granular material (usually sand) due, for example, to different suppliers or changes in environmental conditions.

Dabei gewährleistet das Messen der ohmschen und der induktiven Impedanzkomponenten des Sensors eine zuverlässigere Bewertung der Kompaktheit des körnigen Materials durch das Erkennen sämtlicher Störeffekte (beispielsweise Änderung der Feuchtigkeit des körnigen Materials, Kontaminierung durch Kohlenstoffrückstände oder Metallteilchen) oder von unerwünschten Synergien zwischen den obigen Phänomenen und der Kompaktheit des körnigen Materials.there guaranteed measuring the ohmic and inductive impedance components of the Sensors a more reliable Evaluation of the compactness of the grainy Material by recognizing all parasitics (for example, change the moisture of the grainy Materials, contamination by carbon residues or metal particles) or of unwanted Synergies between the above phenomena and the compactness of the grainy Material.

Gemäß den 2 und 3 weist der Sensor 5 einen Kondensator 8 auf, der von zwei Platten 9 und 10 gebildet ist, die jeweils eine äußere Oberfläche 15 haben und an einer Abstützung 16 angebracht sind. Die Platten 9 und 10 sind durch ein Dielektrikum 11, normalerweise Luft, getrennt und sind von zwei gegenüberliegenden Kämmen gebildet, die jeweils eine entsprechende Anzahl von ineinandergreifenden, geraden Segmenten 12 und 13 haben.According to the 2 and 3 the sensor points 5 a capacitor 8th on top of two plates 9 and 10 is formed, each having an outer surface 15 have and on a support 16 are attached. The plates 9 and 10 are through a dielectric 11 , normally air, are separated and formed by two opposing ridges, each having a corresponding number of intermeshing, straight segments 12 and 13 to have.

Wenn eine Wechselspannung an die Platten 9 und 10 angelegt wird, erzeugen sie ein elektromagnetisches Feld, das ein äußeres elektromagnetisches Feld 14 (3) in der Nähe der Oberflächen 15 der Platten 9 und 10 und um diese herum angeordnet aufweist.If an AC voltage to the plates 9 and 10 is created, they generate an electromagnetic field, which is an external electromagnetic field 14 ( 3 ) near the surfaces 15 the plates 9 and 10 and arranged around it.

Der Kondensator 8 ist dazu ausgebildet, das elektromagnetische Feld 14 hauptsächlich durch die Randeffekte der Platten 9 und 10 zu erzeugen. Aufgrund der durch das elektromagnetische Feld 14 bewirkten Änderung der Dielektrizitätskonstanten des Dielektrikums verursacht das körnige Material 2 in der Nähe der Platten 9 und 10 eine Änderung der kapazitiven Impedanzkomponente des Sensors 5; die Geometrie der Platten ist dazu ausgelegt, die Länge der einander zugewandten Leiterbereiche zu maximieren, während gleichzeitig eine möglichst kleine Gesamtfläche aufrechterhalten wird, um die kapazitive Induktivitätskomponente zu maximieren.The capacitor 8th is designed to be the electromagnetic field 14 mainly due to the edge effects of the plates 9 and 10 to create. Due to the electromagnetic field 14 caused change in the dielectric constant of the dielectric causes the granular material 2 near the plates 9 and 10 a change in the capacitive impedance component of the sensor 5 ; the geometry of the plates is designed to maximize the length of the conductive areas facing each other while maintaining as small a total area as possible to maximize the capacitive inductance component.

Das System 1 bewertet die Änderung der Impedanz des Sensors 5. Die Schaltung 6 liefert ein elektrisches Analogsignal, das zu der momentanen Impedanz des Sensors 5 proportional ist, wobei es – da die kapazitive Impedanzkomponente mit der Kompaktheit direkt in Beziehung steht – die lokale Kompaktheit des körnigen Materials 2 bezeichnet. Die Schaltung 6 kann auch so ausgebildet sein, daß sie ein zu der Kompaktheit proportionales Signal in Echtzeit liefert.The system 1 evaluates the change in the impedance of the sensor 5 , The circuit 6 provides an analog electrical signal corresponding to the instantaneous impedance of the sensor 5 is proportional, with the local compactness of the granular material, as the capacitive impedance component is directly related to compactness 2 designated. The circuit 6 may also be arranged to provide a signal proportional to the compactness in real time.

Die Schaltung 6 mißt ferner die ohmschen und die induktiven Komponenten des Sensors 5, um an dem Kompaktheitswert des körnigen Materials Korrekturen vorzunehmen.The circuit 6 also measures the ohmic and inductive components of the sensor 5 to make corrections to the compactness value of the granular material.

In der Abwandlung gemäß 4 sind die Platten 9 und 10 in Form von zwei koplanaren, konzentrischen Spiralen, die von kreisförmigen Segmenten 17 gebildet sind. In der Abwandlung gemäß 5 sind die Platten 9 und 10 von zwei koplanaren, konzentrischen Spiralen gebildet, die von geraden Segmenten 18 gebildet sind.In the modification according to 4 are the plates 9 and 10 in the form of two coplanar, concentric spirals made of circular segments 17 are formed. In the modification according to 5 are the plates 9 and 10 formed by two coplanar, concentric spirals, that of straight segments 18 are formed.

Die Platten 9 und 10 des Kondensators 8 gemäß den 2 bis 5 können von dünnen, starren oder flexiblen Platten gebildet sein, die an einer Abstützung 16 angebracht sind, die an einem ausgewählten Bereich des Behälters 3 angebracht oder darin eingebaut sein kann. Die Platten 9 und 10 können ferner von einer dicken oder dünnen leitfähigen Schicht gebildet sein, die auf die Abstützung 16 aufgebracht ist, die von einer dünnen haftenden Schicht gebildet ist, die so ausgebildet ist, daß sie an dem ausgewählten Bereich des Behälters 3 haftet. Schließlich können die Platten 9 und 10 durch Aufbringen einer dünnen Schicht direkt auf den Behälter 3 oder das Modell 7 gebildet sein.The plates 9 and 10 of the capacitor 8th according to the 2 to 5 can be formed by thin, rigid or flexible plates that are attached to a support 16 attached to a selected area of the container 3 attached or can be installed in it. The plates 9 and 10 may further be formed by a thick or thin conductive layer resting on the support 16 is applied, which is formed by a thin adhesive layer, which is formed so that it at the selected area of the container 3 liable. Finally, the plates can 9 and 10 by applying a thin layer directly to the container 3 or the model 7 be formed.

Das körnige Material 2 kann aus Sand oder aus mit Additiven und/oder Bindemitteln vermischtem Sand gebildet sein. Der Behälter 3 kann von einer das Modell 7 enthaltenden Schalungsform gebildet sein, die mit Sand gefüllt ist, um eine Form für ein Metall-Gußstück zu bilden; oder der Behälter 3 kann von einer Gießereikernform gebildet sein.The granular material 2 may be formed of sand or of sand mixed with additives and / or binders. The container 3 can from one the model 7 formed form filled with sand, to form a mold for a metal casting; or the container 3 may be formed by a foundry core shape.

Der Behälter 3 kann ferner von einer Form gebildet sein, die eine Modelltraube aus Polymerschaum zum Lost-Foam-Gießen oder ein Polymer in Form von Pellets oder pulverförmiger oder körniger Keramik enthält. Der Behälter 3 kann ferner von einem Teil eines Förderers oder einer Beladungsstraße gebildet sein. Schließlich kann das körnige Material 2 aus Bausand oder Grobsand gebildet sein; in diesem Fall kann der Behälter 3 von einem Magazin oder einem Fahrzeug oder einem Zementmischer gebildet sein.The container 3 Further, it may be formed from a mold containing a model foam of polymer foam for lost foam casting or a polymer in the form of pellets or powdery or granular ceramic. The container 3 may also be formed by a part of a conveyor or a loading road. Finally, the granular material 2 be made of building sand or coarse sand; in this case, the container can 3 be formed by a magazine or a vehicle or a cement mixer.

Bei der Ausführungsform gemäß den 6 und 7 können die Platten des Kondensators 8 von zwei koaxialen Zylindern 19 und 20 gebildet sein, die aus elektrisch leitendem Material bestehen und durch einen Ring 21 aus Isoliermaterial getrennt sind und die jeweilige ringförmige Ränder 22 und 23 haben, die den Bereich des äußeren Feldes 14 bilden.In the embodiment according to the 6 and 7 can the plates of the capacitor 8th of two coaxial cylinders 19 and 20 be formed, which consist of electrically conductive material and a ring 21 are separated from insulating material and the respective annular edges 22 and 23 have the area of the outer field 14 form.

Wie dem auch sei, der Sensor 5 mit den Platten 9, 10 oder 19, 20 beliebiger Form wird im Inneren des Behälters 3 in dem Bereich angeordnet, in dem die Kompaktheit des körnigen Materials 2 zu bestimmen ist; die Platten 9, 10 oder 19, 20 des Sensors 5 haben eine solche Gestalt, daß die Randeffekte bei der Erzeugung des elektromagnetischen Feldes maximiert werden; die Änderung der kapazitiven Impedanzkomponente des Sensors 5 kann dann, wenn körniges Material 2 in den Behälter 3 eingespeist und in Kontakt mit dem Sensor 5 gebracht wird, mit der Kompaktheit des körnigen Materials in Relation gesetzt werden.Anyway, the sensor 5 with the plates 9 . 10 or 19 . 20 Any shape will be inside of the container 3 arranged in the area where the compactness of the granular material 2 to be determined; the plates 9 . 10 or 19 . 20 of the sensor 5 have such a shape that the edge effects in the generation of the electromagnetic field are maximized; the change in the capacitive impedance component of the sensor 5 can then if grainy material 2 in the container 3 fed and in contact with the sensor 5 is brought into relation with the compactness of the granular material.

Die Änderung der kapazitiven Impedanzkomponente des Sensors 5 und deshalb die Kompaktheit des körnigen Materials werden von der Konditionier- und Steuerschaltung 6 gemessen, welche die Impedanzänderung in ein elektrisches Signal umwandelt, das von einem Computer erfaßt und verarbeitet werden kann. Eine Ausführungsform der Erfindung verwendet einen Schwingkreis; in diesem Fall steht die Impedanzänderung mit der Frequenz der Schaltung in Beziehung.The change in the capacitive impedance component of the sensor 5 and therefore the compactness of the granular material are from the conditioning and control circuit 6 which converts the impedance change into an electrical signal that can be detected and processed by a computer. An embodiment of the invention uses a resonant circuit; In this case, the impedance change is related to the frequency of the circuit.

Die physikalischen Prinzipien und die Strukturen des Sensors 5, die oben beschrieben worden sind (oder andere vergleichbare Betriebsstrukturen), ermöglichen deshalb einen großen Anwendungsbereich, je nach den Erfordernissen des speziellen Falls. Es folgt eine Aufzählung von bevorzugten, jedoch keineswegs einschränkenden Ausführungsformen des Sensors 5.

  • a) Ein selbständiger Sensor 5, wie er beispielsweise in den 2, 4, 5 oder 6 gezeigt ist, der eine unabhängige Struktur hat, kann verschiedene Größen haben, kann an den Bereichen der Behälter 3 oder an Formen oder Modellen angebracht sein, in denen die Kompaktheit von Sand zu bewerten ist, und kann, falls erforderlich, leicht für den weiteren Gebrauch entfernt werden.
  • b) Ein Sensor 5 auf einer dünnen, starren oder flexiblen Abstützung, wie er beispielsweise in den 2 bis 5 gezeigt ist, wobei die Platten 9 und 10 von starren oder flexiblen Platten gebildet sein können, möglicherweise auf einer Abstützung 16 in Form einer dünnen, flexiblen, haftenden Schicht, die auf das Modell oder den Behälter 3 aufgebracht oder darin integriert ist.
  • c) Ein In-situ-Sensor 5, der insbesondere an Modelltrauben aus Polymerschaum zum Lost-Foam-Gießen angebracht ist. Unter Verwendung des Siebdrucks oder anderer Dünnschicht-Aufbringverfahren kann eine Struktur von ineinandergreifenden Segmenten oder konzentrischen Spiralen direkt auf der Oberfläche der Modelltraube gebildet sein; in diesem Fall kann der Sensor 5 für den "Einmalgebrauch" bestimmt sein. Wenn Abrieb durch den Sand ein Problem ist, kann der Sensor 5 eine Schutzbeschichtung haben, die auf die Oberflächen 15 der Platten 9, 10 aufgebracht ist.
The physical principles and the structures of the sensor 5 Therefore, as described above (or other comparable operating structures), they allow a wide range of applications depending on the needs of the particular case. The following is an enumeration of preferred but by no means limiting embodiments of the sensor 5 ,
  • a) An independent sensor 5 as he is for example in the 2 . 4 . 5 or 6 shown, which has an independent structure, may have different sizes, may be at the areas of the containers 3 or attached to forms or models in which the compactness of sand is to be assessed, and if necessary, can be easily removed for further use.
  • b) A sensor 5 on a thin, rigid or flexible support, such as in the 2 to 5 is shown, with the plates 9 and 10 may be formed by rigid or flexible plates, possibly on a support 16 in the form of a thin, flexible, adhesive layer that adheres to the model or container 3 applied or integrated therein.
  • c) An in situ sensor 5 in particular attached to model screws made of polymer foam for Lost-Foam casting. Using screen printing or other thin film deposition techniques, a structure of interlocking segments or concentric spirals may be formed directly on the surface of the model grape; in this case, the sensor can 5 intended for "single use". If abrasion by the sand is a problem, the sensor can 5 have a protective coating on the surfaces 15 the plates 9 . 10 is applied.

Komplexe Gießmodelle können rascher und wirtschaftlicher entwickelt werden, indem kritische Sandverdichtungsbereiche mit entsprechenden Sensoren ausgestattet werden, so daß die Gefahr von Fehlern gesenkt wird, die anderenfalls nur nach dem Gießen und Prüfen der fertigen Gußstücke festgestellt würden. Neu entwickelte Teile können ferner rascher verkauft werden, indem optimale Prozeßparameter früher bestimmt werden.complex casting patterns can be developed faster and more economically by providing critical sand compaction areas be equipped with appropriate sensors, so that the danger is lowered by mistakes, otherwise only after casting and Check found the finished castings would. Newly developed parts can be sold more quickly by optimizing process parameters earlier be determined.

Wie bereits erwähnt, können kapazitive Sensoren 5 gemäß der vorliegenden Erfindung dazu verwendet werden, Gießstraßen-Schalungsformen, Sandkernformen usw. auszustatten. Die Schaltung 6 kann zur kontinuierlichen, In-situ-Steuerung der Sandfüll- und -verdichtungsstufe ausgebildet sein, die bis jetzt nie direkt gesteuert worden ist, um die Verwendung von nicht perfekten Schalungsformen zu verhindern und so die Anzahl von Ausschußartikeln zu reduzieren.As already mentioned, capacitive sensors 5 according to the present invention may be used to provide pouring molds, sand core molds, etc. The circuit 6 may be designed for continuous in-situ control of the sand filling and compacting stage, which has never been directly controlled so far to prevent the use of imperfect formwork molds and thus reduce the number of broke articles.

Wenn die Kompaktheitswerte zu niedrig sind, so kann der Behälter 3 in Schwingung versetzt werden, um die gewünschte Kompaktheit zu erzielen, die mit dem Bewertungssystem 1 überwacht werden kann. Das Verfahren und das System gemäß der Erfindung zum Bewerten der Kompaktheit können in jeder beliebigen Anwendung eingesetzt werden, die eine Steuerung der Kompaktheit von körnigen Materialien erfordert, beispielsweise: Straßen zum Fördern und Laden von körnigen Polymer- oder Keramikmaterialien; Bausand und Grobsand in Magazinen oder auf Fahrzeugen oder in Zementmischern.If the compactness values are too low, the container may 3 be vibrated to achieve the desired compactness with the rating system 1 can be monitored. The method and system for evaluating compactness according to the invention may be used in any application requiring control of the compactness of granular materials, for example: roads for conveying and loading granular polymeric or ceramic materials; Building sand and coarse sand in magazines or on vehicles or in cement mixers.

Selbstverständlich können bei dem hier beschriebenen Bewertungsverfahren und Bewertungssystem Änderungen vorgenommen werden, ohne vom Umfang der beigefügten Ansprüche abzuweichen.Of course, at The evaluation procedure and rating system described here changes without departing from the scope of the appended claims.

Claims (19)

Verfahren zum Bewerten der lokalen Kompaktheit eines körnigen Materials im Inneren eines Behälters, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: – Einrichten eines Kompaktheitsbewertungssystems (1), das einen kapazitiven Sensor (5) und eine Konditionier- und Steuerschaltung (6) zum Konditionieren und Steuern des Sensors (5) aufweist, wobei die Schaltung (6) außerdem imstande ist, die Änderung der Impedanz des Sensors (5) zu bewerten; – Anordnen des Sensors (5) in einem Bereich des Behälters (3), in dem die Kompaktheit des körnigen Materials (2) zu bewerten ist; – Zuführen des körnigen Materials (2) in den Behälter (3) und in Kontakt mit oder in unmittelbare Nähe zu dem Sensor (5); – direktes Bewerten, mit Hilfe der Schaltung (6), der lokalen Kompaktheit des körnigen Materials (2) in situ, das mit dem Sensor (5) in Kontakt steht oder sich in seiner unmittelbaren Nähe befindet, auf der Basis der Änderung der kapazitiven Komponente der Impedanz des Sensors (5); und gekennzeichnet durch: – Messen der ohmschen und der induktiven Impedanzkomponenten des Sensors (5), um sämtliche Störeffekte oder unerwünschten Synergien zwischen solchen Störeffekten und der Kompaktheit des körnigen Materials (2) zu erkennen.A method of assessing the local compactness of a granular material inside a container, the method comprising the steps of: - establishing a compactness evaluation system ( 1 ), which has a capacitive sensor ( 5 ) and a conditioning and control circuit ( 6 ) for conditioning and controlling the sensor ( 5 ), wherein the circuit ( 6 ) is also capable of changing the impedance of the sensor ( 5 ) to rate; - Arranging the sensor ( 5 ) in a region of the container ( 3 ), in which the compactness of the granular material ( 2 ); Feeding the granular material ( 2 ) in the container ( 3 ) and in contact with or in the immediate vicinity of the sensor ( 5 ); - direct rating, with the help of the circuit ( 6 ), the local compactness of the granular material ( 2 ) in situ, with the sensor ( 5 ) is in contact or located in its immediate vicinity, based on the change of the capacitive component of the impedance of the sensor ( 5 ); and characterized by: measuring the ohmic and inductive impedance components of the sensor ( 5 ), in order to avoid all the effects of interference or undesirable synergies between such disruptive effects and the compactness of the granular material ( 2 ) to recognize. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (5) einen Kondensator (8) aufweist, der zwei oder mehr Platten (9, 10; 19, 20) besitzt, um ein elektromagnetisches Feld (14) in der Nähe der Platten (9, 10; 19, 20) zu erzeugen.Method according to claim 1, characterized in that the sensor ( 5 ) a capacitor ( 8th ) having two or more plates ( 9 . 10 ; 19 . 20 ) has an electromagnetic field ( 14 ) near the plates ( 9 . 10 ; 19 . 20 ) to create. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Konditionier- und Steuerschaltung (6) die Kompaktheit während der Verdichtung des körnigen Materials kontinuierlich anzeigt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the conditioning and control circuit ( 6 ) continuously indicates the compactness during the compaction of the granular material. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das körnige Material (2) aus Sand oder aus mit Additiven und/oder Bindemitteln vermischtem Sand gebildet ist; wobei der Behälter (3) von einer Schalungsform oder von einer Metall-Gußmodell gebildet ist.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the granular material ( 2 ) is formed of sand or of sand mixed with additives and / or binders; the container ( 3 ) is formed by a formwork or a metal casting model. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das körnige Material aus Sand oder aus mit Additiven und/oder Bindemitteln vermischtem Sand gebildet ist; wobei der Behälter (3) von einer Gießereikernform gebildet ist.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the granular material is formed from sand or sand mixed with additives and / or binders; the container ( 3 ) is formed by a foundry core shape. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das körnige Material (2) aus Sand gebildet ist; wobei der Behälter (3) von einer Schalungsform gebildet ist, die eine Modelltraube aus Polymerschaum zum Lost-Foam-Gießen enthält.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the granular material ( 2 ) is formed of sand; the container ( 3 ) is formed by a formwork containing a model of polymer foam for Lost Foam casting. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das körnige Material (2) ein Polymer in Form von Pellets oder pulverförmiger oder körniger Keramik ist; wobei der Behälter (3) einen Teil eines Förderers oder einer Beladungsstraße bildet.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the granular material ( 2 ) is a polymer in the form of pellets or powdered or granular ceramic; the container ( 3 ) forms part of a conveyor or loading road. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das körnige Material (2) aus Bausand und/oder Grobsand gebildet ist; wobei der Behälter (3) von einem Magazin oder von einem Nutzfahrzeug oder von einem Mischer gebildet ist.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the granular material ( 2 ) is formed of building sand and / or coarse sand; the container ( 3 ) is formed by a magazine or by a commercial vehicle or by a mixer. System zum Bewerten der lokalen Kompaktheit eines körnigen Materials (2) im Inneren eines Behälters (3), wobei das System folgendes aufweist: einen kapazitiven Sensor (5), der von einem Kondensator (8) gebildet ist, der seinerseits zwei oder mehr Ankerplatten (9, 10; 19, 20) aufweist; und eine Konditionier- und Steuerschaltung (6) zum Konditionieren und Steuern des Sensors (5); wobei der Kondensator (8) eine gegebene Leerlaufkapazität hat; wobei der Sensor (5) eine äußere Oberfläche (15) aufweist, die eine solche Gestalt hat, daß sie im Gebrauch mit dem körnigen Material (2) in Kontakt steht oder in unmittelbarer Nähe davon positioniert ist; wobei die Schaltung (6) von dem Sensor (5) ein Signal empfängt, das die Änderung der kapazitiven Komponente der Impedanz des Sensors (5) anzeigt, wenn die Oberfläche (15) mit dem körnigen Material (2) in Kontakt steht oder sich in unmittelbarer Nähe davon befindet, und das dementsprechend die lokale Kompaktheit in situ des körnigen Materials (2) anzeigt; dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung (6) ferner dazu ausgebildet ist, die ohmschen und die induktiven Komponenten des Sensors (5) zu messen, um sämtliche Störeffekte oder unerwünschten Synergien zwischen solchen Störeffekten und der Kompaktheit des körnigen Materials (2) zu erkennen.System for evaluating the local compactness of a granular material ( 2 ) inside a container ( 3 ), the system comprising: a capacitive sensor ( 5 ) of a capacitor ( 8th ), which in turn has two or more anchor plates ( 9 . 10 ; 19 . 20 ) having; and a conditioning and control circuit ( 6 ) for conditioning and controlling the sensor ( 5 ); the capacitor ( 8th ) has a given idle capacity; the sensor ( 5 ) an outer surface ( 15 ) having a shape such that in use with the granular material ( 2 ) is in contact or is positioned in the immediate vicinity thereof; the circuit ( 6 ) from the sensor ( 5 ) receives a signal indicating the change of the capacitive component of the impedance of the sensor ( 5 ) indicates when the surface ( 15 ) with the granular material ( 2 ) is in contact with or in the immediate vicinity of it, and that accordingly the local compactness in situ of the granular material ( 2 ) indicates; characterized in that the circuit ( 6 ) is further adapted to the ohmic and the inductive components of the sensor ( 5 ) in order to avoid all the effects of interference or undesirable synergies between such disruptive effects and the compactness of the granular material ( 2 ) to recognize. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (9, 10; 19, 20) des Kondensators (8) auf einer Abstützung (16) angeordnet sind, die an dem Behälter (3) angebracht oder darin eingebaut ist.System according to claim 9, characterized in that the plates ( 9 . 10 ; 19 . 20 ) of the capacitor ( 8th ) on a support ( 16 ) are arranged on the container ( 3 ) is mounted or incorporated therein. System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (9, 10) von dünnen, starren oder flexiblen Platten gebildet sind.System according to claim 10, characterized in that the plates ( 9 . 10 ) are formed of thin, rigid or flexible plates. System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (9, 10) von einer dicken oder dünnen leitfähige Schicht gebildet sind.System according to claim 11, characterized in that the plates ( 9 . 10 ) are formed by a thick or thin conductive layer. System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützung (16) von einer dünnen haftenden Schicht gebildet ist, die auf den Behälter (3) aufgebracht ist.System according to claim 12, characterized in that the support ( 16 ) is formed by a thin adhesive layer which is applied to the container ( 3 ) is applied. System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (3) von einer Schalungsform gebildet ist, die eine Modelltraube aus Polymerschaum zum Lost-Foam-Gießen enthält; wobei die dünne Schicht direkt auf eine Oberfläche der Modelltraube aufgebracht ist.System according to claim 12, characterized in that the container ( 3 ) is formed by a formwork containing a model of polymer foam for Lost Foam casting; wherein the thin layer is applied directly to a surface of the model grape. System nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (9, 10) zwei oder mehr gerade, ineinandergreifende Segmente aufweist.System according to one of claims 9 to 14, characterized in that the plates ( 9 . 10 ) has two or more straight, intermeshing segments. System nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (9, 10) von zwei oder mehreren koplanaren konzentrischen Spiralen gebildet sind, die von kreisförmigen (17) oder geraden Bereichen (18) gebildet sind.System according to one of claims 9 to 14, characterized in that the plates ( 9 . 10 ) of two or more coplanar concentric spins are formed by circular ( 17 ) or even areas ( 18 ) are formed. System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten in Form von zwei oder mehreren, konzentrischen Zylindern (19, 20) gegebener Länge gebildet sind.System according to claim 10, characterized in that the plates are in the form of two or more concentric cylinders ( 19 . 20 ) of given length are formed. System nach einem der Ansprüche 9 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (9, 10; 19, 20) eine Schutzbeschichtung haben.System according to one of Claims 9 to 17, characterized in that the plates ( 9 . 10 ; 19 . 20 ) have a protective coating. System nach einem der Ansprüche 9 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (9, 10; 19, 20) so ausgebildet sind, daß sie durch Randeffekte ein elektromagnetisches Feld (14) in der Nähe der Oberfläche (15) des Sensors (5) erzeugen.System according to one of Claims 9 to 18, characterized in that the plates ( 9 . 10 ; 19 . 20 ) are designed such that they produce an electromagnetic field ( 14 ) near the surface ( 15 ) of the sensor ( 5 ) produce.
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